Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp ở điều kiện đất yếu khu vực tp hồ chí minh

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC
CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN VÀ NHÓM CỌC TRONG CÔNG
TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Ở ĐIỀU
KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2009


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. Lê Trọng Nghóa

Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Chữ ký:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……… tháng………… năm…………2009.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------oOo----------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
----------oOo---------Tp. HCM, ngày 2 tháng 2 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC
Họ tên học viên

: BÙI MẠNH CƯỜNG

Phái

: NAM

Ngày, tháng, năm sinh

: 11 – 04 –1982

Nơi sinh : KIÊN GIANG

Chuyên ngành

: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MSHV : 00907753

I- TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và
nhóm cọc trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp ở điều kiện đất yếu khu vực
TPHCM.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1- NHIỆM VỤ : Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm
cọc trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp ở điều kiện đất yếu khu vực
TPHCM. Đề xuất phương pháp tính phù hợp và các giải pháp khắc phục ảnh hưởng ma sát
âm đến sức chịu tải cọc đơn và nhóm cọc.
2- NỘI DUNG
Chương mở đầu: Cơ sở và nguyên nhân nghiên cứu, tính cấp thiết và thực tiễn của đề tài.
PHẦN I: PHẦN TỔNG QUAN
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về đất yếu và hiện tượng ma sát âm.
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN
Chương 2: Một số phương pháp tính sức chịu tải của cọc.
Chương 3: Một số phương pháp tính lún của nền đất và móng cọc.
Chương 4: Nghiên cứu tính sức chịu tải của cọc trong đất yếu có xét đến ảnh hưởng của ma
sát âm.
Chương 5: Nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của ma sát âm đối với một số công trình thực tế ở
khu vực đất yếu TPHCM và rút ra kết luận về kết quả đã nghiên cứu.
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Nhận xét và kết luận về kết quả đã nghiên cứu. Kiến nghị một số giải pháp xử lý hiện tượng
ma sát âm. Hướng nghiên cứu tiếp.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

GVC. TS. VÕ PHÁN


LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành được chương trình đào tạo Cao học, nghiên cứu và thực hiện
xong Luận văn Thạc só chuyên ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng, em xin bày tỏ
lòng cám ơn đến:
•

Ban Giám hiệu trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Tp. HCM.

•

Quý thầy cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Phòng Đào tạo sau đại học của
trường.

•

Quý thầy cô đã giảng dạy chương trình cao học cho chúng em.

•

Quý thầy cô trong Hội Đồng chấm Đề cương và Luận văn thạc só.

•

Thầy TS. Lê Trọng Nghóa đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận
lợi để em hoàn thành luận văn thạc só.

•

Nhớ ơn công lao to lớn của gia đình đã chăm lo và động viên tinh thần để
em cố gắng học tập và chân thành gửi lời cám ơn đến tập thể phòng Kỹ
thuật, Công ty cổ phần tư vấn xây dựng và đầu tư phát triển Kiến trúc Đô thị
CODESCO đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em học tập và hoàn thành Luận
văn Thạc só.

•

Cuối cùng cảm ơn tất cả các anh chị, bạn bè đồng môn đã động viên và giúp
đỡ nhau trong học tập.
Học viên cao học

Bùi Mạnh Cường


Trang 1

MỤC LỤC

DANH MỤC

TRANG
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
CƠ SỞ VÀ NGUYÊN NHÂN NGHIÊN CỨU

TÍNH CẤP THIẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1 . ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

11

2 . MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

13

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

14

4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

14

5. TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

15

6. TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

15

PHẦN 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM

1.1 - KHÁI QUÁT VỀ DẤT YẾU VÀ SỰ PHÂN BỐ ĐẤT YẾU

16

1.2. ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU KHU VỰC TPHCM

16

1.2.1- Đăc trưng cơ lý của đất sét yếu

16

1.2.1.1- Lớp đất đắp

17

1.2.1.2- Lớp bùn sét hữu cơ

17

1.2.1.3- Lớp cát mịn lẫn bột

18

1.2.1.4- Lớp sét pha cát

18

1.2.1.5- Lớp sét lẫn bột

18

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Trang 2

1.2.1.6- Lớp cát vừa lẫn bột

18

1.2.2- Đăc trưng cơ lý của than bùn

18

1.2.3- Đăc trưng cơ lý của cát chảy

19

1.3. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM

19

1.3.1- Định nghóa hiện tượng ma sát âm

19

1.3.2- Nguyên nhân gây ra lực ma sát âm

20

1.3.3- Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng ma sát âm

25

1.3.4- nh hưởng của ma sát âm đến nền móng công trình

26

1.3.5- Những kết quả nghiên cứu ma sát âm trong và ngoài nước

28

1.4- NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

29
CHƯƠNG 2

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ẹềNH SệC CHềU TAI CUA COẽC

2.1- Một số phơng pháp xác định sức chịu tải của c ọc đơn 30
2.1.1- Xác định sức chịu tải của cọc dựa theo các chỉ tiêu
cơ lý của đất nền TCXD 205: 1998 / SNIP 2.02.03.85)

30

2.1.2- Xác định sức chịu tải của cọc đơn dựa theo các
chỉ tiêu cờng độ đất nền

33

2.2- Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc

35

2.3. Kết luận chơng 2

36
CHệễNG 3

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN CỦA ĐẤT NỀN VÀ MONG COẽC
3.1- TNH ẹO LUN CUA ẹAT NEN
3.1.1- Xác định ®é lón theo lý thut cè kÕt
3.1.1.1- §é lón tøc thêi: Si

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

38
38
38


Trang 3

3.1.1.2- Độ lún cố kết: Sc

39

3.1.1.3- Dự tính độ lón cè kÕt theo thêi gian

41

3.1.2- Phương pháp cộng lún phaõn toỏ
3.2- Xác định độ lún của cọc
3.2.1- Độ lún của một cọc đơn trong đất

43
49
49

3.2.1.1- Tớnh toaựn ủoọ luựn của cọc đơn theo lý thuyết
bán không gian biến dạng (TCXD 205-1998)

49

3.2.1.2- Tính độ lún của cọc đơn trong đất không dính theo Vesic

50

3.2.1.3- Tính độ lún của cọc đơn trong đất dính

53

3.2.2- Độ lún của nhóm cọc

53

3.2.2.1- Tính độ lún của nhóm cọc theo [9]

53

3.2.2.2. Tính toán độ lún của nhóm cọc theo thời gian theo [6]

57

Ch−¬ng 4
NGHI£N CøU TíNH SứC CHịU TảI CủA CọC TRONG ĐấT YếU Có XéT
ĐếN ảNH hởng của MA SáT ÂM và cách khắc phục
4.1. Nghiên cứu các mô hình tính toán

61

4.1.1- Mô hình thứ nhất [8] (Nga)

61

4.1.2- Mô hình thứ hai [3] (Pháp)

64

4.1.3- Mô hình thứ ba [11] (Anh)

69

4.1.4- Mô hình thứ t [12] (Mỹ)

70

4.1.4.1- Đối với cọc đơn:

71

4.1.4.2- Đối với nhóm cọc:

73

4.1.5- Mô hình thứ năm [14] (Anh)

74

4.1.6- Mô hình thứ sáu [9] (Mü)

80

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Trang 4

4.1.6.1- Đối với cọc đóng

80

4.1.6.2- Đối với cọc khoan nhồi

83

4.2- Nhận xét về các mô hình tính toán

85

4.3- các biện pháp làm giảm ảnh hởng ma sát âm

88

4.3.1- Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất

89

4.3.2- Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong
vùng ma sát âm

91

4.3.3- Dùng sàn giảm tải có xử lý cọc

92

4.4- kÕt ln ch−¬ng 4

92

CHƯƠNG 5
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐỐI VỚI
MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Ở KHU VỰC TPHCM

5.1- DÙNG PHẦN MỀM PLAXIS MÔ PHỎNG HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM 95
5.1.1- Mô phỏng cọc ép 30x30cm công trình Chung cư Nam Long

95

5.1.2- Mô phỏng cọc khoan nhồi Φ=0.8m công trình Trường Vstar

104

5.2- TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM BẰNG CÁC MÔ HÌNH LÝ THUYẾT

112

5.2.1- Tính cho cọc 30x30cm công trình Chung cư Nam Long

112

5.2.1.1- Thông số tính toán

112

5.2.1.2- Tính độ lún của nền

112

5.2.1.3- Tính sức chịu tải của cọc khi chưa xét đến ma sát âm

113

5.2.1.4- Tính sức chịu tải của cọc có xét đến ma sát âm

113

5.2.2- Tính cho cọc khoan nhồi Φ=0.8m công trình Trường Vstar
5.2.2.1- Thông số tính toán

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

115
115


Trang 5

5.2.2.2- Tính độ lún của nền khi chưa gia cố giếng cát

115

5.2.2.3- Tính độ lún của nền khi có gia cố giếng cát

116

5.2.2.4- Tính sức chịu tải của cọc khi chưa xét đến ma sát âm

117

5.2.1.5- Tính sức chịu tải của cọc có xét đến ma sát âm

117

5.3- KIẾN NGHỊ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM

119

phÇn iii: kÕt luận và kiến nghị
6.1- Nhận xét và kết luận

121

6.2- Hạn chế của đề tài và hớng nghiên cứu tiếp

1 24

TàI LIệU THAM KHảO

127

tóM TắT Lý LịCH HọC VIÊN

129

Hoùc vieõn thửùc hiện : Bùi Mạnh Cường


MỤC LỤC HÌNH
HÌNH

TRANG
CHƯƠNG 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM

Hình 1-1 So sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sát dương

20

Hình 1-2: Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền

21

Hình 1-3: Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tải trọng bề mặt

22

Hình 1-4: Biểu đồ tương quan giữa áp lực nước lỗ rỗng u và áp lực
có hiệu thẳng đứng lên hạt rắn của đất σ h trong trường hợp bài
toán nén một chiều và tải trọng ngoài q phân bố kín đều khắp

24

Hình 1-5: Phạm vi ảnh hưởng của ma sát âm ở vùng đất
xung quanh giếng cát

27
CHƯƠNG 2

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

Hình 2-1 : Dạng phá hoại giả thiết dưới móng sâu (Vesic, 1967)

35

CHƯƠNG 3
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN CỦA ĐẤT NỀN VÀ MÓNG CỌC

Hình 3-1: Sơ đồ tính toán độ lún theo phương pháp cộng lún phân tố

46

Hình 3-2: Vùng ảnh hưởng của nhóm cọc

54

Hình 3-3: Sự phân bố ứng suất để tính lún cho cọc ma sát trong đất dính

56

Hình 3-4: Kích thước móng khối quy ước xác định theo cách thứ nhất

56

Hình 3-5: Kích thước móng khối quy ước xác định theo cách thứ hai
trong trường hợp đất nền đồng nhất

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

59


Hình 3-6: Kích thước móng khối quy ước xác định theo cách thứ hai

60

Hình 3-7: Kích thước móng khối quy ước xác định theo cách thứ hai
đối với nền có nhieu lụựp

60
Chơng 4

NGHIÊN CứU TíNH SứC CHịU TảI CủA CọC TRONG ĐấT YếU Có
XéT ĐếN ảNH hởng của MA SáT ÂM và cách khắc phục
Hỡnh 4-1 - Sửù phaõn boỏ của lực dọc trong một cọc chịu ma sát âm

65

Hình 4-2 - ng suất có hiệu thẳng đứng q’ (z,r) có sét tới sự biến động
do cọc gây ra đối với σ'(z)

66

Hình 4-3 : Mô hình nghiên cứu ma sát âm

69

Hình 4-4: Sự phát triển của ma sát âm của một cọc đơn trong
tầng đất dính hoặc rời hoặc của nhóm cọc trong tầng đất rời

71

Hình 4-5: Vị trí điểm trung hòa với ma sát âm tác dụng lên cọc

73

Hình 4-6: Sự phân bố ma sát âm trong cọc có mũi cọc đặt trong
tầng đất không lún

76

Hình 4-7 - Sự phân bố ma sát âm trong cọc trong trường hợp
mũi cọc đặt trong tầng đất không nén được

77

Hình 4-8: Hệ số ma sát âm cho cọc đóng vào tầng sét yếu đến vừa

78

Hình 4-9: Sự phân bố ma sát âm trong cọc trong trường hợp
mũi cọc đặt trong tầng đất nén được

79

Hình 4-10: Phân bố ma sát âm trong cọc được đóng qua tầng
đất mới đắp và tầng sét nén được

80

Hình 4-11: Các đường công thiết kế về hệ số kết dính α cho cọc đóng
vào đất sét (theo Tomlinson, 1987)

81

Hình 4-12: Quan hệ β - OCR đối với chuyển vị cọc

82

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Hình 4-13: Hệ số λ cho cọc đóng

83

Hình 4-14 : Sơ đồ minh họa của tải trọng, độ lún và mặt phẳng
trung hòa của cọc chịu ma sát âm

85
CHƯƠNG 5

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐỐI VỚI
MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Ở KHU VỰC TPHCM

Hình 5-1: Khai báo các thông số điều kiện của bài toán đối xứng trục

96

Hình 5-2: Khai báo đặc trưng vật liệu của các lớp đất & bê tông cọc

97

Hình 5-3: Khai báo tải trọng cho Phase 1

97

Hình 5-4: Khai báo tải trọng cho Phase 2

98

Hình 5-5: Khai báo tải trọng cho Phase 3

98

Hình 5-6: Chia lưới phần tử trong Plaxis

99

Hình 5-7: Biểu đồ ứng suất cắt dọc thân cọc - Phase 1

99

Hình 5-8: Biểu đồ ứng suất cắt dọc thân cọc - Phase 2

100

Hình 5-9: Biểu đồ ứng suất cắt dọc thân cọc - Phase 3

100

Hình 5-10: Biểu đồ chuyển vị của đất nền và cọc ở Phase 2

101

Hình 5-11: Biểu đồ chuyển vị của đất nền và cọc ở Phase 3

101

Hình 5-12: phân bố ma sát thành bên lên thân cọc

102

Hình 5-13: Biểu đồ ứng suất t dọc theo thân cọc phase 2

103

Hình 5-14: Biểu đồ ứng suất t dọc theo thân cọc phase 3

104

Hình 5-15: Khai báo các thông số điều kiện của bài toán đối xứng trục

106

Hình 5-16: Khai báo đặc trưng vật liệu của các lớp đất & bê tông cọc

106

Hình 5-17: Biểu đồ ứng suất cắt dọc thân cọc - Phase 1

107

Hình 5-18: Biểu đồ ứng suất cắt dọc thân cọc - Phase 2

107

Hình 5-19: Biểu đồ ứng suất cắt dọc thân cọc - Phase 3

108

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Hình 5-20: Biểu đồ chuyển vị của đất nền và cọc ở Phase 2

108

Hình 5-21: Biểu đồ chuyển vị của đất nền và cọc ở Phase 3

109

Hình 5-22: Biểu đồ ứng suất t dọc theo thân cọc phase 2

110

Hình 5-23: Biểu đồ ứng suất t dọc theo thân cọc phase 3

111

Hình 5-24: Biểu đồ độ lún nền

113

Hình 5-25: Biểu đồ độ lún nền khi chưa xử lý giếng cát

116

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Trang 7

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên dề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn và nhóm
cọc trong công trình xây dựng dân dụng & công nghiệp ở điều kiện đất yếu khu
vực Thành Phố Hồ Chí Minh”
Ở Thành Phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM), đặc biệt là khu vực đất yếu Quận 7,
Quận 2, huyện Nhà Bè,… nhiều cao ốc văn phòng, chung cư cao tầng, các kho
xưởng công nghiệp – công trình có tải trọng tương đối lớn – được xây dựng trên
nền đất yếu có tính nén lún lớn và khả năng chịu tải thấp. Do đó, phương án
móng của những công trình trên thường được chọn là móng cọc bê tông cốt thép,
móng cọc khoan nhồi hoặc móng cọc barret để truyền tải trọng của công trình
xuống tầng đất tốt chịu lực bên dưới. Khi cọc được thi công (đóng hoặc khoan
nhồi) vào trong tầng đất nền có quá trình cố kết chưa hoàn toàn, nếu tốc độ lún
của đất nền dưới công trình nhanh hơn tốc độ lún của cọc thì sự chuyển vị tương
đối giữa đất nền và cọc (nếu đủ lớn) sẽ gây ra lực kéo xuống của tầng đất đối
với cọc làm giảm khả năng chịu tải của cọc, đồng thời còn làm tăng tải trọng tác
dụng vào cọc, hiện tượng này gọi là hiện tượng ma sát âm.
Hiện nay hiện tượng ma sát âm rất được quan tâm và nghiên cứu. Một số
kết quả nghiên cứu của các tác giả nước ngoài theo các quan điểm khác nhau đã
rút ra được kết luận: vùng ảnh hưởng ma sát âm gần bằng 2/3 chiều dài cọc

trong đất yếu. Tuy nhiên, theo quy trình thiết kế hiện tại thì vùng ảnh hưởng của
ma sát âm được tính bằng chiều dày của lớp đất yếu.
Trong nội dung luận văn này, tác giả đã nghiên cứu vùng ảnh hưởng ma sát
âm theo quan điểm dựa trên chuyển vị tương đối giữa cọc và đất nền xung quanh
cọc. Vùng ảnh hưởng của ma sát âm là vùng mà tại đó tốc độ lún của đất nền
lớn hơn tốc độ lún của cọc. Dựa trên quan điểm đó, tác giả đã nghiên cứu các
Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Trang 8

phương pháp tính toán của các tác giả đi trước, các quy trình thiết kế hiện tại,
lập các bảng tính ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của móng cọc và
tính toán với các công trình cụ thể ở khu vực đất yếu Tp.HCM. Từ đó kiến nghị
phương pháp tính toán đơn giản và phù hợp khi thiết kế móng cọc các công trình
xây dựng, đồng thời cũng đề xuất một số biện pháp làm giảm ảnh hưởng của ma
sát âm và có một số kiến nghị khi tính toán móng cọc trong đất yếu.
Ngoài ra, tác giả còn dùng phầm mềm địa kỹ thuật Plaxis để mô phỏng
hiện tượng ma sát âm trong cọc bê tông cốt thép để xác định chiều sâu ảnh
hưởng ma sát âm của cọc và lực ma sát âm tác dụng vào cọc trong trường hợp
chưa có tải trọng công trình tác dụng vào cọc và khi có tải trọng công trình tác
dụng vào cọc.

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Trang 9

SUMMARY OF THESIS
TITLE:

RESEACH THE IMPACT OF NEGATIVE SKIN FRICTION ON A PILE
AND A GROUP OF PILE DURING CONSTRUCTION OF CIVIL WORKS ON
THE SOFT SOIL IN HO CHI MINH CITY.
ABSTRACT
In HCM city, especially in the soft soil region : district 7, district 2, Nha Be
district,.. there are civil works constructed on the soft soil with a great settlement
and low bearing capacity. Therefore, the foundation of these works having great
loading is designed with reinforced concrete piles in order to transfer the work’s
loading to the solid soil stratum. When a pile (by driving or drilling) is
constructed on the soil stratum with uncompleted consolidation process, and the
settlement of the foundation soil is faster than that of the pile, the relative
movement of the foundation soil and the pile will cause a downward force of the
soil stratum and reduce the bearing capacity of the pile as well as increase
loading on it. This phenomenon is called Negative Skin Friction (NSF).
Nowadays, the NSF attracts much attention and study. The following
conclusions are reached on the basis of the study results of expatriate authors
who have various views. The factor of the NSF affected zone is approximately
2/3 of the pile length in the soft soil. However, according to the modern design
specification, the said affected zone is of equal thickness of the soft soil layer.
In the contents of my thesis, I would like to reseach the NSF affected zone
on the view of relative movement of the pile and the foundation soil surrounding
it. The NSF affected zone is a location where the settlement’s speed of the
foundation soil is higher than that of the pile. From that view, I perused the
Calculation Method of the previous authors, the Modern Design Specification,
Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


Trang 10

prepared calculation sheets of NSF’s impact on the bearing capacity of the pile

foundation and applied to specific civil works in the soft soil in HCM city. Based
on the above, I would like to propose and to recommend some measures for
minimization of the a simple calculation method in compliance with the design
specification of the pile foundation of civil works NSF and the calculation
method of the pile foundation in the soft soil.
In addition, I also use the Plaxis Program for simulating NSF on a
reinforced concrete pile, and the depth affected by NSF and the NSF force are
determined in the cases: of available loading and unavailable loading on pile.

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường


PHẦN 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN


CHƯƠNG MỞ ĐẦU

CƠ SỞ VÀ NGUYÊN NHÂN
NGHIÊN CỨU TÍNH CẤP THIẾT
VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI


Trang 11

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
CƠ SỞ VÀ NGUYÊN NHÂN NGHIÊN CỨU
TÍNH CẤP THIẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1 . ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hiện nay, việc
phát triển cơ sở hạ tầng đã, đang và sẽ là nhiệm vụ trọng tâm trong chính sách
phát triển kinh tế xã hội của Đảng và Nhà nước. Đặc biệt là xây dựng các công
trình dân dụng & công nghiệp cần phải phát triển, hoàn thiệân trước một bước để
tạo tiền đề phát triển các ngành kinh tế khác.
Các công trình chúng ta xây dựng trong thời gian gần đây có xu hướng vươn
cao hơn, quy mô hơn. Để xây dựng được các công trình này và đảm bảo cho nó
được ổn định lâu bền, thì việc xây dựng nền móng là rất quan trọng và khó
khăn, vì đặc điểm của xây dựng công trình nói chung, công trình dân dụng nói
riêng trải rộng trên mọi miền đất nước. Nền móng công trình được đặt trên
những vùng địa chất rất đa dạng, từ các vùng đất tốt đến các vùng địa chất yếu
như sét yếu, bùn sét, bùn ... Đặc biệt khu vực TpHCM, do lịch sử hình thành địa
chất, có đất yếu chiếm đa số.
Chính vì thế xu hướng chung hiện nay là dùng móng sâu (móng cọc) cho
các công trình xây dựng ở vùng địa chất yếu để đảm bảo sức chịu tải yêu cầu.
Tuy nhiên trong vùng đất yếu luôn xảy ra hiện tượng lún và lún cố kết theo thời
gian dưới tác dụng của tải trọng bản thân và tải trọng ngoài. Vì vậy một vấn đề
đặt ra là sự lún này ảnh hưởng như thế nào đến sự làm việc của cọc đơn và
nhóm cọc? Đồng thời các giải pháp thiết kế để làm giảm sự ảnh hưởng đó như
thế nào?

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

Chương mở ñaàu


Trang 12

Khi cọc đặt trong đất yếu, do ảnh hưởng của lún hoặc lún cố kết của nền

đất và khi độ lún này lớn hơn độ lún của cọc (trong thiết kế khi xét khả năng
chịu tải của cọc trong nền đất, cọc được xem như lún xuống dưới so với nền đất),
sẽ hình thành một tải trọng tác dụng lên mặt ngoài của cọc, kéo cọc xuống dưới,
làm tăng tải trọng tác dụng lên cọc, lực này được gọi là lực do ma sát âm.
Khi xem xét tổng thể sự làm việc của cọc và đất trong vùng đất yếu, việc
tính ma sát âm là cần thiết. Điều đó đồng nghóa với việc mô hình hóa được sự
làm việc giữa cọc và đất nền gần sát với điều kiện thực tế nhất, cũng đồng nghóa
với việc tăng độ chính xác của việc thiết kế và tăng độ tin cậy trong thiết kế nền
móng công trình.
Hình : Cọc chịu ảnh hưởng ma sát âm

Đất yếu
chưa cố kết

Vùng đất nén chặt

Lớp đất tốt

do việc đóng cọc
Vì vậy khi tính toán thiết kế móng cọc, chúng ta cần phải nghiên cứu kỹ sự
làm việc của cọc trong đất yếu, các nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng chịu
tải của cọc đơn và nhóm cọc. Trong đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

Chương mở ñaàu


Trang 13

âm đối với móng cọc dưới công trình là một vấn đề cần được nghiên cứu sâu để
xác định đúng khả năng chịu tải của cọc.
Trong xu thế mở cửa và hội nhập của nước ta hiện nay, việc sử dụng các tài
liệu và tiêu chuẩn thiết kế trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp rất
đa dạng và phong phú. Ngoài việc sử dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông
cốt thép 356-2005; tiêu chuẩn thiết kế móng cọc 205-1998, các tiêu chuẩn thiết
kế của các nước khác cũng được sử dụng rộng rãi trong tính toán thiết kế như
tiêu chuẩn xây dựng Eurocode 7 Geotechnical, tiêu chuẩn thiết kế JIS của Nhật,
BS của Anh…
Trong các tiêu chuẩn thiết kế này có một số tiêu chuẩn có những chỉ dẫn
cho việc tính toán sức chịu tải của cọc có xét đến ma sát âm. Tuy nhiên các chỉ
dẫn này có nhiều điểm không giống nhau và chỉ ở mức độ chung chung nên các
kết quả tính toán sẽ khác nhau và khó đạt được độ tin cậy cần thiết. Khi tham
khảo các tài liệu thiết kế khác cũng ở trong tình trạng tương tự. Vì vậy khi xem
xét đến vấn đề ảnh hưởng của ma sát âm tới sức chịu tải của cọc và nhóm cọc sẽ
rất khó khăn khi tham khảo đến tài liệu nào, tiêu chuẩn thiết kế nào và sẽ áp
dụng trong điều kiện nào là phù hợp nhất.
Do đó việc nghiên cứu, đề xuất một phương pháp tính toán sức chịu tải của
cọc có xét đến ma sát âm và vận dụng phù hợp trong điều kiện đất yếu của khu
vực Tp.HCM là cần thiết và cấp bách. Luận văn này nhằm giải quyết vấn đề đặt
ra trên.
2 . MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc
đơn và nhóm cọc trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp ở điều
kiện đất yếu khu vực Tp.HCM” được thực hiện dựa trên cơ sở phân tích các
phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc và sự làm việc của nhóm cọc có xét
Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

Chương mở đầu

Trang 14

đến ma sát âm theo các tiêu chuẩn thiết kế và các tài liệu của các tác giả khác,
đồng thời việc tính toán cụ thể sẽ được thực hiện trên số liệu các chỉ tiêu cơ lý
của đất yếu của công trình thực tế Tp.HCM. Từ đó kiến nghị phương pháp tính
toán phù hợp và các giải pháp khắc phục ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết
kế móng cọc công trình dân dụng và công nghiệp trong điều kiện đất yếu ở
Tp.HCM.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết các phương pháp tính sức chịu tải của cọc đơn và
nhóm cọc trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp có xét đến ảnh
hưởng ma sát âm của các tác giả đi trước và các quy trình triết kế trong và ngoài
nước.
Để phục vụ cho công tác tính toán, Tác giả luận văn viết bảng tính sức chịu
tải của cọc đơn và nhóm cọc có xét đến ảnh hưởng của ma sát âm, có thể dùng
Microsolf Excel để viết chương trình. Ngoài ra, Tác giả còn dùng chương trình
địa kỹ thuật Plaxis để phân tích, mô phỏng ảnh hưởng ma sát âm cho móng cọc.
p dụng tính toán cho một số công trình cụ thể, tiêu biểu như : Chung cư
Cán bộ CNV Cty Nam Long; Cụm trường học chất lượng cao Vstar – Quận 7;...
Từ đó kiến nghị phương pháp tính toán phù hợp và các giải pháp khắc phục ảnh
hưởng của ma sát âm đến móng cọc công trình dân dụng & công nghiệp.
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đối với sức chịu tải cọc đơn và nhóm
cọc trong điều kiện đất yếu ở khu vực Tp.HCM. Đối với các loại đất, nghiên cứu
ảnh hưởng cho các loại móng cọc được sử dụng trong xây dựng các công trình
dân dụng & công nghiệp:
-

Cọc BTCT thi công bằng phương pháp ép hoặc đóng.

-

Cọc khoan nhồi.

Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

Chương mở đầu


Trang 15

5. TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Khi tính toán móng của một công trình thì ta quan tâm đến khả năng chịu
tải và độ lún của móng có vượt qua độ lún giới hạn cho phép hay không. Nghiên
cứu tính toán sức chịu tải của cọc trong điều kiện đất yếu có xét ảnh hưởng ma
sát âm nhằm:
- Xác định chính xác sức chịu tải của cọc và phụ tải ngoài tác dụng vào cọc
để từ đó thiết kế móng công trình cho hợp lý, xác định chiều dài hợp lý của cọc.
- Nghiên cứu độ lún, tốc độ lún của đất nền và móng cọc theo thời gian để từ
đó thiết kế móng hợp lý thỏa mãn điều kiện chịu tải công trình và không vượt
quá độ lún giới hạn cho phép. Làm tăng độ tin cậy khi thiết kế móng công trình.
- Đề xuất các giải pháp xử lý nền móng thích hợp để rút ngắn thời gian thi
công công trình, giảm giá thành nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.
6. TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, ở phía Nam Việt Nam nói chung và TpHCM nói riêng, có rất
nhiều công trình dân dụng & công nghiệp có khả năng bị ảnh hưởng của ma sát
âm đối với móng cọc bê tông cốt thép trong đất yếu. Hiện tượng này làm giảm
khả năng chịu tải của cọc và làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc, không những
làm giảm tính kinh tế mà còn dễ gây mất ổn định cho công trình.

Ngoài ra, các công trình mới xây chen bên cạnh công trình cũ đã phát sinh
thêm tải trọng tác dụng lên đất nền, làm tăng độ lún nền đất sinh ra hiện tượng
ma sát âm kéo cọc của công trình cũ đi xuống làm cho công trình bị lún vượt quá
giới hạn cho phép, ….
Đề tài này sẽ nghiên cứu về hiện tượng ma sát âm, cách tính sức chịu tải
của cọc đơn và nhóm cọc có xét đến ma sát âm và kiến nghị một số giải pháp
khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm. Nội dung nghiên cứu, tính toán
và kết quả sẽ được trình bày chi tiết trong luận văn này.
Học viên thực hiện : Bùi Mạnh Cường

Chương mở đầu


CHƯƠNG 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ
ĐẤT YẾU VÀ HIỆN TƯNG MA
SÁT ÂM